WO2018225827A1 - ワークの認識装置及びワークを認識する方法 - Google Patents

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WO2018225827A1
WO2018225827A1 PCT/JP2018/021889 JP2018021889W WO2018225827A1 WO 2018225827 A1 WO2018225827 A1 WO 2018225827A1 JP 2018021889 W JP2018021889 W JP 2018021889W WO 2018225827 A1 WO2018225827 A1 WO 2018225827A1
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WO
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workpiece
installation space
predetermined
predetermined range
highest point
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/021889
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
利彦 宮崎
誠太 大野
天奮 徐
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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Publication date
Application filed by 川崎重工業株式会社 filed Critical 川崎重工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices

Definitions

  • the present invention relates to a workpiece recognition apparatus and a workpiece recognition method.
  • a workpiece is recognized in an installation space where a plurality of workpieces are installed.
  • processing is performed in the object take-out apparatus described in Patent Document 1.
  • the object take-out device of Patent Document 1 includes a gripping order determination device.
  • the gripping order determination device selects a plurality of objects whose positions are recognized in order from the one located above, and performs interference degree determination for the plurality of objects in the selected order.
  • the interference degree determination when the selected object is taken out, the degree to which the selected object interferes with another object adjacent in the horizontal direction is defined as a first degree, and the other object is detected.
  • the second object is taken out, the degree of interference of the other object with the selected object is set as the second degree, and it is determined whether the first degree is equal to or less than the second degree.
  • the gripping order determination device determines the order of extraction so that the order of the plurality of objects is higher in the order in which the determination is affirmed.
  • the conventional workpiece recognition apparatus for performing the same processing as Patent Document 1 generally performs processing on a workpiece having a predetermined shape (for example, a member used for assembly of a machine)
  • a predetermined shape for example, a member used for assembly of a machine
  • CAD Computer-Aided Design
  • a conventional workpiece recognition apparatus obtains three-dimensional data such as CAD (Computer-Aided Design) data by imaging an installation space where a plurality of workpieces are installed, and stores the three-dimensional data in advance. It was necessary to perform processing to compare with data on the shape of the workpiece placed. That is, the conventional workpiece recognition apparatus needs to handle a large amount of data and perform complicated processing. As a result, there is a problem that the processing speed becomes slow.
  • the present invention provides a workpiece recognition apparatus and workpiece capable of quickly recognizing a workpiece in an installation space in which a plurality of workpieces are installed even when a workpiece having a predetermined shape is included. It aims at providing the method of recognizing.
  • a workpiece recognition apparatus is a workpiece recognition device for recognizing a workpiece in an installation space where a plurality of workpieces are installed, and is within a predetermined range of the installation space.
  • An image capturing apparatus for obtaining image information by capturing the image, and a control unit for recognizing the workpiece by analyzing the image information obtained from the image capturing apparatus.
  • a first step of detecting a point having the highest height position within a predetermined range of the installation space, and a height position of the highest point within a predetermined distance from the highest point A second step of detecting an area of a portion where the difference is smaller than a predetermined first threshold; and if the area satisfies a predetermined condition, Running, and a third step recognize that but present, the predetermined condition includes determining that the area is larger than a second predetermined threshold value.
  • the workpiece recognition apparatus can quickly recognize a workpiece in an installation space in which a plurality of workpieces are installed, even when a workpiece not having a predetermined shape is included. .
  • the predetermined condition may further include determining that the area is smaller than a predetermined third threshold value that is larger than the second threshold value.
  • the workpiece can be reliably recognized without being mistakenly recognized.
  • the image pickup device may pick up an image within a predetermined range of the installation space from obliquely above.
  • the imaging device captures an image within a predetermined range of the installation space from two points, and the control unit analyzes a parallax obtained by imaging from the two points, and within the predetermined range of the installation space.
  • the first step and the second step may be executed by detecting a height position.
  • the height position can be detected efficiently.
  • the projector further includes a projector that irradiates a dot pattern within a predetermined range of the installation space, the imaging device images a predetermined range of the installation space irradiated with the dot pattern, and the control unit
  • the first step and the second step may be executed by analyzing image information obtained by imaging within a predetermined range of the installation space.
  • the height position can be detected efficiently.
  • the dot pattern irradiated by the projector may be blue.
  • Blue light is strong light with a short wavelength. Therefore, according to this configuration, it is possible to irradiate a dot pattern that is not easily affected by ambient light. Further, when a food is handled as a work, for example, it is very rare that the work is blue, so the possibility that the dot pattern and the work are similar in color can be reduced. Thereby, since a dot pattern can be clearly irradiated with respect to a workpiece
  • the plurality of workpieces may be stacked in a predetermined range of the installation space.
  • the workpiece recognition apparatus according to the present invention can be used effectively.
  • the control unit further controls a robot for holding and taking out a workpiece from within a predetermined range of the installation space.
  • the robot is attached to a robot arm and a tip of the robot arm and holds the workpiece.
  • the control unit recognizes that a workpiece is present at the highest point in the third step, the robot arm moves the end effector to the highest point.
  • a sixth step of moving the end effector and workpiece held thereby by beam from a predetermined range of the installation space may be further performed.
  • the workpiece recognition apparatus can be used to sequentially hold and take out a workpiece that is located at the uppermost position within a predetermined range of the installation space. Thereby, it can prevent that a workpiece
  • the end effector may hold the workpiece by adsorbing with a negative pressure.
  • the workpiece can be held without being damaged. This action is particularly effective when the work is a food that is easily damaged, such as fried chicken.
  • the end effector is provided on a central axis extending along the height direction of the robot, and the imaging device is provided on the robot so as to be away from the central axis, so that the end effector falls within a predetermined range of the installation space. You may image from diagonally upward.
  • the imaging device can suppress the viewing angle from being widened and obstructed by the end effector, it can efficiently image a wide range.
  • a method for recognizing a workpiece is a method for recognizing a workpiece in an installation space in which a plurality of workpieces are installed, and imaging a predetermined range of the installation space.
  • a first step of detecting a point having the highest height position within a predetermined range of the installation space, and the highest point within a predetermined distance from the highest point A second step of detecting the area of the portion where the height position difference is smaller than a predetermined first threshold, and when the area satisfies a predetermined condition, there is a workpiece at the highest point
  • a third step of recognizing that the predetermined condition includes determining that the area is greater than a predetermined second threshold value.
  • the method for recognizing a workpiece according to the present invention can quickly recognize a workpiece in an installation space where a plurality of workpieces are installed, even when a workpiece having a predetermined shape is included. it can.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state in which food is placed by applying a robot controlled by a workpiece recognition apparatus according to an embodiment of the present invention to a food production site.
  • the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment includes an imaging apparatus 90 for obtaining image information by imaging a predetermined range of a tray T 1 (installation space) provided on the left side in FIG. And a control unit 100 for analyzing the image information obtained from 90 and recognizing the deep-fried W 1 (work) installed in the tray T 1 .
  • the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment is applied to a food production site, and controls a robot 10 that performs a food placement operation on a lunch box L.
  • FIG. 1 only the food production site and the tip of the end effector 80 that is a part of the robot 10 provided there are illustrated.
  • the tray T 1 is provided on the front left side (installation space) a plurality of fried in W 1 (more work) and is bulk, tray T 2 (the installation space provided in front right ) A plurality of baked goods W 2 (a plurality of workpieces) are individually placed.
  • the belt conveyor B is provided so that it may extend in the left-right direction in the back
  • the robot 10 controlled by the workpiece recognition apparatus is provided above the tray T 1 , the tray T 2 and the belt conveyor B (that is, the food production site), and is provided on the front side in the drawing.
  • the deep-fried W 1 is held and taken out from the tray T 1 and placed on the lunch box L conveyed on the belt conveyor B provided on the back side in the drawing.
  • FIG Nakaoku side to the tray T 2 is taken out by holding the Shaomai W 2 from the tray T 2, Serve the lunchbox L.
  • FIG Nakaoku side from the pickup holding fried W 1 again moved to the tray T 1, Serve the belt conveyor B above is conveyed to the next lunchbox L.
  • the robot 10 repeats the above operation to perform the food placement operation on the plurality of lunch boxes L.
  • FIG. 2 is a front view of the robot controlled by the workpiece recognition apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the robot 10 has a base 2 including a bucket 15.
  • the bucket 15 has an upper edge portion 15a surrounding the opening, and a plurality of ribs 17 projecting horizontally are provided on the upper edge portion 15a.
  • the rib 17 is supported by a peripheral edge portion 191b of an attachment port 191a provided in the gantry 191.
  • the base 2 is fixed to the gantry 191 by, for example, screwing the rib 17 to the peripheral edge portion 191b.
  • FIG. 2 illustrates an example in which the lower surface of the rib 17 is in contact with the upper surface of the peripheral edge portion 191b and the rib 17 is held by the peripheral edge portion 191b.
  • the upper surface of the rib 17 may be in contact with the lower surface of the peripheral edge portion 191b, and the rib 17 may be held by the peripheral edge portion 191b.
  • the base 2 When the base 2 is fixed to the gantry 191, a portion of the robot 10 below the upper edge 15a is arranged in the work space so as to be suspended from the gantry 191.
  • the lower part of the bucket 15 is connected to a single bracket 4 via a plurality of sets of arm mechanisms 3 (robot arms).
  • the base end portions of the plurality of sets of arm mechanisms 3 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. More specifically, in the reference posture of the robot 10, the plurality of sets of arm mechanisms 3 are provided rotationally symmetrically at equal intervals around a predetermined center axis 101 (center axis extending along the height direction).
  • three sets of arm mechanisms 3 are provided, and these are provided rotationally symmetrically at equal intervals of 120 degrees around the central axis 101.
  • the robot 10 is installed such that the central axis 101 extends in the vertical direction.
  • the present invention is not limited to this, and the robot 10 may be installed such that the central axis 101 is inclined with respect to the vertical direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of each arm mechanism 3 of the robot 10.
  • each arm mechanism 3 includes an arm 18 and a parallel link unit 19 having a first link 21 and a second link 22.
  • the arm 18 is slidably connected to the lower portion of the bucket 15 at the base end portion.
  • the swing support shaft of each arm 18 is located in the same plane perpendicular to the central axis 101. That is, in the present embodiment, the swing support shafts of the arms 18 are located in the same horizontal plane.
  • the first link 21 is swingably connected to the distal end portion of the arm 18 at the proximal end portion and is swingably connected to the bracket 4 at the distal end portion.
  • the second link 22 extends in parallel with the first link 21 and is disposed at the same position in the extending direction of the predetermined center axis 101.
  • the second link 22 is swingably connected to the distal end portion of the arm 18 at the base end portion and is swingably connected to the bracket 4 at the distal end portion.
  • the first link 21 and the second link 22 constitute a pair of links.
  • the proximal end of the proximal link holding part 20 and the parallel link unit 19 constitute a proximal joint 8 that connects the parallel link unit 19 to the arm 18 so as to be swingable in an arbitrary direction.
  • the distal end side link sandwiching portion 29 and the distal end portion of the parallel link unit 19 constitute a distal end joint 9 that connects the parallel link unit 19 to the bracket 4 so as to be swingable in an arbitrary direction.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the proximal joint 8.
  • the arm 18 has a proximal-side link sandwiching portion 20 having a pair of joint portions 23 at the distal end portion.
  • the axis 102 extends from the distal end portion of the arm 18 in a tangential direction of a circle centering on the central axis 101, and extends outward in the opposite direction from the distal end portion of the arm 18.
  • tip part of each joint part 23 comprises the spherical-shaped free end.
  • a spherical free end of the joint portion 23 constitutes the ball portion 24.
  • a recessed portion 25 that is recessed in a direction orthogonal to the extending direction of the first link 21 and the second link 22 is formed.
  • An arm-shaped socket 26 is detachably attached to the concave portion 25, and the inner peripheral surface of the socket 26 forms a substantially hemispherical surface.
  • the shape of the inner peripheral surface of the socket 26 is formed substantially the same as the shape of the outer peripheral surface of the ball portion 24. The socket 26 and the ball part 24 are fitted together so that the ball part 24 of the pair of joint parts 23 is sandwiched between the sockets 26 of the first link 21 and the second link 22.
  • the outer peripheral surface of the ball portion 24 and the inner peripheral surface of the socket 26 form a spherical pair, and the first link 21 and the second link 22 swing with at least two degrees of freedom with respect to the arm 18, respectively. Connected as possible.
  • an urging unit 27 is bridged between the proximal end portion of the first link 21 and the proximal end portion of the second link 22.
  • the urging unit 27 urges the first link 21 and the second link 22 to approach each other, and thereby the links 21 and 22 are configured to maintain a state in which the proximal end side link sandwiching portion 20 is sandwiched.
  • the second links 21 and 22 are prevented from falling off from the arm 18.
  • FIG. 6 is a bottom view schematically showing a configuration example of the bracket 4.
  • the bracket 4 is formed in a flat plate shape, and is provided in a posture extending on a plane orthogonal to the central axis 101, that is, in a horizontal posture.
  • the bracket 4 has a plurality of distal end side link sandwiching portions 29.
  • Each tip side link clamping part 29 is formed in the outer peripheral edge part of the bracket 4, for example.
  • the plurality of distal end side link sandwiching portions 29 are provided rotationally symmetrically at equal intervals around an axis extending parallel to the central axis 101.
  • three tip side link sandwiching portions 29 are provided, and these are provided rotationally symmetrically at equal intervals of 120 degrees around an axis extending parallel to the central axis 101. .
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the tip joint 9.
  • each distal end side link clamping portion 29 has a pair of joint portions 30.
  • the axis 104 extends from the outer peripheral edge of the bracket 4 in a tangential direction of a circle centered on the central axis 101, and extends outward in the opposite direction from the outer peripheral edge of the bracket 4. That is, the axis 104 is configured to be parallel to the axis 102 in the assembled state.
  • tip part of each joint part 30 comprises the spherical-shaped free end.
  • a spherical free end of the joint portion 30 constitutes the ball portion 31.
  • the distal end portions of the first link 21 and the second link 22 are configured in the same manner as the proximal end portions thereof.
  • the socket 26 and the ball part 31 are fitted together so that the ball part 31 of the pair of joint parts 30 is sandwiched between the sockets 26 of the first link 21 and the second link 22.
  • the ball portion 31 and the socket 26 form a spherical pair, and the first link 21 and the second link 22 are connected to the bracket 4 so as to be swingable with at least two degrees of freedom.
  • the proximal joint 8 and the distal joint 9 are configured as ball joints.
  • the first link 21 and the second link 22 are disposed so that the proximal end portions of the first link 21 and the second link 22 can pivotally sandwich the proximal end side link sandwiching portion 20, and the corresponding distal ends of the first links 21 and 22 are provided on the bracket 4. It arrange
  • the same urging unit 27 as described above is also bridged between the distal end portion of the first link 21 and the distal end portion of the second link 22. Thereby, it is comprised so that the link 21 and 22 may hold
  • the parallel link unit 19 is configured as a parallel link.
  • the bracket 4 is connected to the base 2 via a plurality of sets of parallel links including the first and second links 21 and 22.
  • an arm actuator 13 that swings the base end portion of each arm 18 with respect to the base 2 is provided at the lower portion of the base 2.
  • the bracket 4 moves to a predetermined position defined by the plurality of sets of arm mechanisms 3 within the movable range.
  • the posture of the bracket 4 with respect to the base 2 is constrained (defined) by a plurality of sets of parallel links, and the posture in the plane direction perpendicular to the predetermined central axis 101 is maintained.
  • the bracket 4 moves within a movable range to a predetermined position defined by the plurality of sets of arm mechanisms 3, the inclination angle of the parallel link unit 19 with respect to the central axis 101 changes.
  • the first link 21 and the second link 22 swing on a plane passing through the first link 21 and the second link 22. Accordingly, the first link 21 and the second link in a direction orthogonal to the extending direction of the first link 21 and the second link 22 when viewed from the normal direction of the plane passing through the first link 21 and the second link 22.
  • the interval with 22 changes.
  • the first link 21 and the second link 22 in a state where the first link 21 and the second link 22 are in a posture orthogonal to the pair of joint portions 23 and the pair of joint portions 30, the first link 21 and the second link 22 in the direction orthogonal to the first link 21 and the second link 22.
  • the distance D1 between the first link 21 and the second link 22 is the maximum.
  • the distance between the first link 21 and the second link 22 in the direction orthogonal to the first link 21 and the second link 22 is reduced. That is, the intervals D2 and D3 shown in FIGS. 7 and 8 are smaller than the interval D1.
  • an end effector 80 for holding the deep-fried W 1 and the hot-selling W 2 is attached to the lower surface side of the bracket 4 (the tip of the robot arm).
  • the workpiece recognition apparatus includes an imaging device 90 that captures images within a predetermined range of the tray T 1 and the tray T 2 (installation space) to obtain image information.
  • a predetermined range of the installation space may be, for example, one of when the tray T 1 (or the tray T 2 ) in plan view is divided into two, or any of when the tray is divided into three or more. It may be within the range arbitrarily selected without dividing.
  • the tray T 1 (or tray T 2 ) viewed in plan in this way may be divided into several areas, and the above-described processing may be repeated for each area.
  • the predetermined range of the installation space may be the entire tray T 1 (or tray T 2 ) in plan view.
  • the imaging apparatus 90 is provided between the two arm mechanisms 3 at the same or substantially the same height as the upper end of the arm mechanism 3 of the robot 10.
  • Imaging device 90 by being disposed off the central axis 101 to the robot 10, images the inner tray T 1 and within a predetermined range of the tray T 2 obliquely from above.
  • the imaging device 90 captures the inner tray T 1 and the tray T 2 from 2 points therein.
  • the recognition apparatus further includes a projector (not shown).
  • the projector is for projecting a dot pattern in the tray T 1 and the tray T 2.
  • the dot pattern is blue. Note that the projector may be directly attached to the robot 10 or may be provided separately from the robot 10.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an end effector of a robot controlled by a workpiece recognition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the end effector 80 according to the present embodiment is provided on the central axis 101 extending along the height direction of the robot 10 and holds one deep-fried W 1 or one hot-selling W 2 by being attracted by negative pressure. can do.
  • the end effector 80 includes an attachment portion 81 attached to the lower surface side of the bracket 4 (tip portion of the robot arm), three shaft members 82 extending in the vertical direction from the bottom surface of the attachment portion 81, and the three shaft members 82.
  • a negative pressure forming portion 83 attached to the lower end portion, and a flexible holding portion 84 formed in a hollow, substantially cylindrical shape attached to the bottom surface of the negative pressure forming portion 83.
  • the holding part 84 is configured as described above, so that even if the workpiece to be worked is an uneven fried W 1 , the holding part 84 can be held so as to cover and not be damaged. it can.
  • FIG. 10 is a flowchart showing processing executed by the control unit 100 of the robot according to the embodiment of the present invention.
  • the control unit 100 detects that the lunch box L is conveyed by the belt conveyor B and has passed a predetermined position by a sensor or the like, the control unit 100 analyzes the image information obtained by the imaging device 90, thereby a plurality of fried chickens. A point having the highest height position is detected within a predetermined range of the tray T 1 (installation space) on which W 1 is stacked. In this way, the first step S1 is executed.
  • control unit 100 is a portion in which a difference in height position from the highest point within a predetermined distance from the highest point detected in the first step S1 is smaller than a predetermined first threshold value. Detect the area. In this way, the second step S2 is executed.
  • the control unit 100 by analyzing the disparity obtained by imaging from two points by the imaging device 90, by detecting the height position within a predetermined range of the tray T 1, a first step S1 And you may perform 2nd step S2. Further, the first step is performed by irradiating a dot pattern within a predetermined range of the tray T 1 by a projector (not shown) and analyzing image information obtained by imaging the tray T 1 irradiated with the dot pattern. S1 and the second step S2 may be executed.
  • the control unit 100 recognizes that the deep-fried W 1 (work) exists at the highest point.
  • the predetermined condition includes determining that the area is larger than a predetermined second threshold value. In this way, the third step S3 is executed.
  • the predetermined condition may further include determining that the area is smaller than a predetermined third threshold value that is larger than the second threshold value.
  • the control unit 100 in the third step S3, when it is recognized that there is fried W 1 to the highest point, the end effector 80 first by three sets of arm mechanism 3 (robot arm) The highest point detected in Step S1 or the difference in height position with the highest point within a predetermined distance from the highest point is moved to a portion smaller than a predetermined first threshold value.
  • the fourth step S4 is executed.
  • a portion where the difference in height position from the highest point within a predetermined distance from the highest point is smaller than a predetermined first threshold value, for example, it is moved to the portion that becomes the center of gravity. Also good. Thereby, it becomes easy to hold the deep-fried W 1 (work).
  • the deep-fried W 1 present at the highest point detected in the first step S 1 is held by the end effector 80.
  • the end effector 80 may hold the deep-fried W 1 by adsorbing with a negative pressure. In this way, the fifth step S5 is executed.
  • the end effector 80 and the fried chicken W 1 held by the three arm mechanisms 3 are moved from a predetermined range of the tray T 1 (installation space).
  • the sixth step S6 is executed. Note that the three sets of arm mechanisms 3 place the extracted deep-fried W 1 on a predetermined position of the lunch box L conveyed by the belt conveyor B, so that the lunch box L is placed.
  • control unit 100 holds and removes the deep-fried W 1 from the tray T 1 on which the plurality of deep-fried W 1 are stacked, and places them in the lunch box L.
  • the robot 10 after dished the fried W 1 as described above, taken out by holding the Shaomai W 2 from a plurality of Shaomai W 2 placed on the tray T 2, for the same lunchbox L Perform the arrangement work.
  • Shaomai W 2 is different from the fried chicken W 1 which is bulk in the tray T 1, are placed so as not to overlap each other in the tray T 2.
  • the control unit 100 detects the height position in the tray T 2 as well as the case where the fried W 1 stacked in the tray T 1 is held and taken out, and the first step S described above is performed. 1 executes step S 6 of the sixth.
  • the robot 10 repeatedly performs the first step S1 to the sixth step S6 described above to perform the same arrangement work on the plurality of lunch boxes L that are sequentially conveyed on the belt conveyor B. Can do. Then, by storing in advance the height position of the bottom plate surface of the tray T 1 and the height dimension of the smallest deep-fried chicken W 1 that is allowed to be placed in the lunch box L, it is stored in advance. Based on the stored data, when all of the deep-fried chicken W 1 stacked in the tray T 1 disappears, it may be recognized and the removal operation of the deep-fried chicken W 1 may be terminated. Since same is true for Shaomai W 2, where the description thereof will not be repeated.
  • the workpiece recognition apparatus analyzes the image information obtained by imaging from above the predetermined range of the tray T 1 in which the deep-fried chicken W 1 is stacked, and thereby analyzes the predetermined information on the tray T 1 .
  • the point with the highest height position within the range is detected.
  • the predetermined condition is that the area of a portion where the difference in height position from the highest point within a predetermined distance from the highest point is smaller than a predetermined first threshold is a predetermined second. And determining that the value is larger than the threshold value.
  • the workpiece recognition apparatus since it is not necessary to recognize the shape of the workpiece as is generally done by a conventional workpiece recognition apparatus, it is not necessary to handle a large amount of data such as CAD data. Further, it is not necessary to store data relating to the shape of the workpiece in advance, and it is not necessary to perform comparison with such data. That is, it is not necessary to perform complicated processing. As a result, the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment can quickly recognize a workpiece in an installation space where a plurality of workpieces are installed, even when a workpiece not having a predetermined shape is included. it can.
  • the predetermined condition may be erroneously recognized by further including determining that the area detected in the second step S2 is smaller than a predetermined third threshold value that is larger than the second threshold value. It is possible to recognize the workpiece reliably.
  • the imaging apparatus 90 by imaging within a predetermined range of the tray T 1 (installation space) obliquely from above, since the viewing angle is wider, it is possible to image a wide range of .
  • the workpiece recognition apparatus by analyzing the disparity obtained by imaging the inside of the tray T 1 from two points, by detecting the height position of the tray T 1, the first step S1 and the second Step S2 is executed.
  • the workpiece recognition apparatus since the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment can easily analyze the image information, the height position can be detected efficiently.
  • the first step S1 and second step S2 is executed Is done.
  • the dot pattern irradiated by the projector is blue.
  • blue light is strong light with a short wavelength. Therefore, by using blue as described above, it is possible to irradiate a dot pattern that is not easily affected by ambient light.
  • the work is a food such as deep-fried W 1 as in the present embodiment, the work is rarely blue, so the possibility that the dot pattern and the work are similar in color is reduced. Can do. Thereby, since a dot pattern can be clearly irradiated with respect to a workpiece
  • the above-described processing is performed in the tray T 1 (installation space) in which a plurality of deep-fried W 1 (work) are stacked.
  • the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment can be used effectively.
  • control unit 100 of the workpiece recognition apparatus further controls the robot 10 for holding and taking out the deep-fried W 1 (work) from within a predetermined range of the tray T 1 (installation space).
  • the workpiece recognition apparatus according to the present embodiment, it is possible to hold and take out in order from the easy-to-take-out deep-fried W 1 located at the uppermost part within the predetermined range of the tray T 1 .
  • the end effector 80 is damaged or is fried W 1 by collision, resulting in or spill is fried W 1 from the tray T 1.
  • the end effector 80 holds a fried W 1 by suction by the negative pressure. Thereby, it can hold
  • the end effector 80 is provided on a central axis 101 extending along the height direction of the robot 10, and the imaging device 90 is provided on the robot 10 so as to be separated from the central axis 101, thereby imaging within a predetermined range of T 1 obliquely from above.
  • the imaging device 90 can suppress that a viewing angle spreads and is obstructed by the end effector 80, it can image a wide range efficiently.
  • the control unit 100 of the workpiece recognition apparatus controls the robot 10 to hold and take out the workpiece from a predetermined range of the installation space, and the above fourth step S4 to fifth step S5 are performed.
  • the control unit 100 of the workpiece recognition apparatus may perform only the first step S1 to the third step S3, or after performing the step, use it to exist at the highest position.
  • a process different from that performed by the robot 10 may be performed, such as performing arbitrary processing on the workpiece.
  • the workpiece has been described for the case where a food does not have a predetermined shape (fried W 1 and Shaomai W 2), but is not limited thereto.
  • the workpiece may be a rock that does not have a predetermined shape.
  • the workpiece recognition apparatus and the workpiece recognition method according to the present invention are particularly effectively used by performing work on a workpiece that does not have a predetermined shape.
  • a workpiece having a predetermined shape for example, a machine
  • the same operation can be performed on the members used for the assembly.
  • the end effector 80 holds the workpiece (fried W 1 and fried W 2 ) by being adsorbed by negative pressure, but is not limited thereto.
  • the end effector 80 may hold the workpiece by, for example, piercing a needle, or may hold the workpiece by gripping (or chucking) so as to be restrained from both sides.
  • the robot 10 includes the three arm mechanisms 3 suspended from the ceiling as the robot arm has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the robot 10 may have only one robot arm having multiple joints, and the end effector 80 may be attached to the tip of the robot arm. Further, the robot 10 may be installed beside the installation space.

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Abstract

制御部は、画像情報を解析することで、設置スペースＴ１の所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップＳ１と、最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップＳ２と、前記面積が所定の条件を満たす場合に、最も高いポイントにワークＷ１が存在することを認識する第３のステップＳ３と、を実行し、所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。

Description

ワークの認識装置及びワークを認識する方法
　本発明は、ワークの認識装置及びワークを認識する方法に関する。
　従来から、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識することが行われている。例えば、特許文献１に記載された対象物取り出し装置において、このような処理が行われている。
　特許文献１の対象物取り出し装置は、把持順決定装置を備える。把持順決定装置は、位置が認識された複数の対象物を、上方に位置するものから順に選択し、選択された順に複数の対象物について干渉度判定を行う。干渉度判定では、選択された対象物を取り出す場合に、当該選択された対象物が、これに水平方向に隣接する他の対象物に干渉する度合いを第１の度合いとし、当該他の対象物を取り出す場合に、当該他の対象物が、当該選択された対象物に干渉する度合いを第２の度合いとし、第１の度合いが第２の度合い以下であるかの判定を行う。把持順決定装置は、判定が肯定された順に複数の対象物の順位が上位になるように取り出し順序を定める。
特開２０１３－１１９１２１号公報
　ところで、特許文献１や同様の処理を行うための従来のワークの認識装置は、一般に、所定の形状を有するワーク（例えば、機械の組み立てに用いる部材など）に対して処理を行うものであり、所定の形状を有しないワーク（例えば、唐揚げなどの食品や岩石など）が含まれるような場合に、上記のような処理を行うことが困難になるという問題があった。また、従来のワークの認識装置は、複数のワークが設置された設置スペースを撮像することでＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）データなどの３次元データを取得し、当該３次元データと予め記憶しておいたワークの形状に関するデータなどと比較する処理を行う必要があった。すなわち、従来のワークの認識装置は、大きなデータ量を取り扱って複雑な処理を行う必要があった。これにより、処理速度が遅くなってしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる、ワークの認識装置及びワークを認識する方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明に係るワークの認識装置は、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識するためのワークの認識装置であって、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置と、前記撮像装置から得られた画像情報を解析して前記ワークを認識するための制御部と、を備え、前記制御部は、前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を実行し、前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。
　この構成によれば、従来のワークの認識装置で一般に行われているようにワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらに当該データとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑な処理を行う必要もない。その結果、本発明に係るワークの認識装置は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。
　前記所定の条件は、前記面積が前記第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含んでもよい。
　この構成によれば、誤って認識することなく確実にワークを認識することができる。
　前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像してもよい。
　この構成によれば、撮像装置の視野角が広くなるため、広い範囲を撮像することが可能になる。
　前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を２地点から撮像し、前記制御部は、前記２地点から撮像することで得られる視差を解析して、前記設置スペースの所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行してもよい。
　この構成によれば、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。
　前記設置スペースの所定の範囲内にドットパターンを照射する投光器をさらに備え、前記撮像装置は、前記ドットパターンが照射されている前記設置スペースの所定の範囲内を撮像し、前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行してもよい。
　この構成によれば、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。
　前記投光器が照射するドットパターンは青色であってもよい。
　青色の光は波長が短く強い光である。したがって、この構成によれば、周囲の光に影響を受け難くいドットパターンを照射することが可能となる。また、ワークとして例えば食品を取り扱う場合、ワークが青色であることが極めて稀であるため、ドットパターンとワークが似た色になる可能性を低くすることができる。これにより、ワークに対して鮮明にドットパターンを照射することができるため、画像情報の解析を一層容易に行うことが可能となる。
　前記複数のワークは、前記設置スペースの所定の範囲内にばら積みされていてもよい。
　この構成によれば、本発明に係るワークの認識装置を有効に用いることができる。
　前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出すためのロボットをさらに制御し、前記ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ワークを保持するためのエンドエフェクタと、を備え、前記制御部は、前記第３のステップにおいて、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識した場合に、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタを前記最も高いポイント又は前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる第４のステップと、前記エンドエフェクタにより前記最も高いポイントに存在するワークを保持する第５のステップと、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタ及びそれに保持されたワークを前記設置スペースの所定の範囲内から移動させる第６のステップと、をさらに実行してもよい。
　この構成によれば、本発明に係るワークの認識装置を用いて、設置スペースの所定の範囲内において最上部に位置する取り出し易いワークから順に保持して取り出すことができる。これにより、エンドエフェクタが衝突することでワークが傷んだり、設置スペースからワークがこぼれ落ちたりしてしまうことを防止することができる。
　前記エンドエフェクタは、負圧により吸着することで前記ワークを保持してもよい。
　この構成によれば、ワークを傷めることなく保持することができる。なお、この作用は、ワークが傷みやすい例えば唐揚げなどの食品である場合において特に有効である。
　前記エンドエフェクタは、前記ロボットの高さ方向に沿って延びる中心軸線上に設けられ、前記撮像装置は、前記ロボットに前記中心軸線から外れて設けられることにより、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像してもよい。
　この構成によれば、撮像装置は、視野角が広がり、且つエンドエフェクタに妨げられることを抑制することができるため、効率良く広い範囲を撮像することができる。
　前記課題を解決するために、本発明に係るワークを認識する方法は、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識する方法であって、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して得られる前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を備え、前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。
　この構成によれば、従来のワークの認識装置で一般に行われているようにワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらに当該データとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑なステップを行う必要もない。その結果、本発明に係るワークを認識する方法は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。
　本発明によれば、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる、ワークの認識装置及びワークを認識する方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットを食品の製造現場に適用し、食品の盛り付け作業を行う様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの正面図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の基端ジョイントの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の先端ジョイントの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのブラケットの構成例を概略的に示す底面図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図であり、平行リンクユニットを揺動させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図であり、平行リンクユニットを揺動させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのエンドエフェクタを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットを食品の製造現場に適用し、食品の盛り付け作業を行う様子を示す図である。本実施形態に係るワークの認識装置は、図１で手前左側に設けられているトレーＴ１（設置スペース）の所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置９０と、撮像装置９０から得られた画像情報を解析してトレーＴ１内に設置された唐揚げＷ１（ワーク）を認識するための制御部１００と、を備える。図１に示すように、本実施形態に係るワークの認識装置は、食品の製造現場に適用され、弁当箱Ｌに食品の盛り付け作業を行うロボット１０を制御する。なお、図１では、食品の製造現場と、そこに設けられるロボット１０のうちその一部であるエンドエフェクタ８０の先端部のみとを図示してある。
　図１では、手前左側に設けられているトレーＴ１（設置スペース）内に複数の唐揚げＷ１（複数のワーク）がばら積みされており、手前右側に設けられているトレーＴ２（設置スペース）内に複数の焼売Ｗ２（複数のワーク）が個別に載置されている。また、図１では、奥側において左右方向に延びるようにベルトコンベアＢが設けられており、図中右側から左側に向かって、複数の弁当箱Ｌを繰り返し搬送している。
　本実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボット１０は、トレーＴ１、トレーＴ２及びベルトコンベアＢ（すなわち、食品の製造現場）の上方に設けられ、図中手前側に設けられているトレーＴ１から唐揚げＷ１を保持して取り出し、図中奥側に設けられているベルトコンベアＢ上を搬送されてくる弁当箱Ｌに盛り付ける。次に、図中奥側からトレーＴ２まで移動して、トレーＴ２から焼売Ｗ２を保持して取り出し、前記弁当箱Ｌに盛り付ける。そして、図中奥側からトレーＴ１まで移動して再び唐揚げＷ１を保持して取り出し、前記ベルトコンベアＢ上を搬送されてくる次の弁当箱Ｌに盛り付ける。ロボット１０は、上記作業を繰り返すことで、複数の弁当箱Ｌに食品の盛り付け作業を行う。
　図２は、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの正面図である。ロボット１０は、バケット１５を備えるベース２を有している。バケット１５は開口を取り囲む上縁部１５ａを有し、上縁部１５ａには水平に突出する複数のリブ１７が設けられている。リブ１７は、架台１９１に設けられた取付口１９１ａの周縁部１９１ｂに支持され、周縁部１９１ｂにリブ１７を例えば螺止することによりベース２が架台１９１に固定される。
　なお、図２はリブ１７の下面が周縁部１９１ｂの上面に当接し、リブ１７が螺止された周縁部１９１ｂに保持される形態を例示している。しかし、これに代えて、リブ１７の上面が周縁部１９１ｂの下面に当接し、リブ１７が螺止された周縁部１９１ｂによって保持されてもよい。
　ベース２が架台１９１に固定されると、ロボット１０のうち上縁部１５ａよりも下側の部分が、架台１９１から吊り下げられるようにして作業スペース内に配置される。バケット１５の下部は、複数組のアーム機構３（ロボットアーム）を介して単一のブラケット４と連結されている。平面視において、複数組のアーム機構３の基端部は周方向に等間隔をおいて配置されている。より詳しくは、ロボット１０の基準姿勢において、複数組のアーム機構３は所定の中心軸線１０１（高さ方向に沿って延びる中心軸線）を中心として等間隔で回転対称に設けられている。本実施形態において例示する形態によれば、アーム機構３は３組設けられ、これらは中心軸線１０１を中心として１２０度の等間隔で回転対称に設けられている。また、本実施形態において、ロボット１０は、中心軸線１０１が鉛直方向に延在するように設置されている。しかし、これに限られるものではなく、ロボット１０は、中心軸線１０１が鉛直方向に対して傾斜するように設置されてもよい。
　図３は、ロボット１０の各アーム機構３の構成例を示す図である。
　図２及び図３に示すように、各アーム機構３は、アーム１８と第１リンク２１及び第２リンク２２を有する平行リンクユニット１９とを備える。アーム１８は、その基端部においてバケット１５の下部に揺動可能に連結されている。各アーム１８の揺動支軸は中心軸線１０１と直交する互いに同一の平面内に位置している。すなわち、本実施形態において、各アーム１８の揺動支軸は、互いに同一の水平面内に位置している。第１リンク２１は基端部においてアーム１８の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット４に揺動可能に連結されている。第２リンク２２は、第１リンク２１と平行に延び、所定の中心軸線１０１の延在方向において同じ位置に配設されている。そして、第２リンク２２は、基端部においてアーム１８の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット４に揺動可能に連結されている。第１リンク２１及び第２リンク２２が一対のリンクを構成している。
　基端側リンク挟着部２０及び平行リンクユニット１９の基端部は、平行リンクユニット１９をアーム１８に対して任意の方向に揺動可能に連結する基端ジョイント８を構成している。また、先端側リンク挟着部２９及び平行リンクユニット１９の先端部は、平行リンクユニット１９をブラケット４に対して任意の方向に揺動可能に連結する先端ジョイント９を構成している。
　図４は、基端ジョイント８の構成例を示す図である。
　図２、図３及び図４に示すように、アーム１８は、先端部に一対のジョイント部２３を有する基端側リンク挟着部２０を有する。一対のジョイント部２３は、軸線１０２がアーム１８の先端部から中心軸線１０１を中心とする円の接線方向に伸延し、アーム１８の先端部から互いに反対方向外側に伸延している。そして、各ジョイント部２３の先端部が球面状の自由端を構成している。ジョイント部２３の球面状の自由端がボール部２４を構成する。
　第１リンク２１及び第２リンク２２の基端部には、第１リンク２１及び第２リンク２２の延在方向と直交する方向に窪んだ凹状部２５が形成されている。凹状部２５には腕状のソケット２６が着脱可能に装着され、ソケット２６の内周面は略半球面を形成している。このソケット２６の内周面の形状は、ボール部２４の外周面の形状と略同一に形成されている。そして、第１リンク２１及び第２リンク２２のソケット２６によって一対のジョイント部２３のボール部２４を挟み込むように、ソケット２６とボール部２４とが嵌め合わせられている。これにより、当該ボール部２４の外周面とソケット２６の内周面とが球面対偶を成し、第１リンク２１及び第２リンク２２がそれぞれアーム１８に対して少なくとも２自由度を持って揺動可能に連結されている。
　そして、第１リンク２１の基端部と第２リンク２２の基端部との間には付勢ユニット２７が架け渡されている。付勢ユニット２７は第１リンク２１及び第２リンク２２を互いに近づけるよう付勢し、これによりリンク２１，２２が基端側リンク挟着部２０を挟む状態を保つように構成され、第１及び第２のリンク２１，２２のアーム１８からの脱落を防止している。
　図６は、ブラケット４の構成例を概略的に示す底面図である。
　図２、図３及び図６に示すように、ブラケット４は平板状に形成され、中心軸線１０１と直交する平面上において延在する姿勢、すなわち、水平姿勢で設けられている。ブラケット４は、複数の先端側リンク挟着部２９を有する。各先端側リンク挟着部２９は、例えばブラケット４の外周縁部に形成されている。そして、複数の先端側リンク挟着部２９は、中心軸線１０１と平行に伸びる軸線を中心として等間隔で回転対称に設けられている。本実施形態において例示する形態によれば、先端側リンク挟着部２９は３つ設けられ、これらは中心軸線１０１と平行に伸びる軸線を中心として１２０度の等間隔で回転対称に設けられている。
　図５は、先端ジョイント９の構成例を示す図である。
　図５に示すように、各先端側リンク挟着部２９は、一対のジョイント部３０を有する。一対のジョイント部３０は、軸線１０４がブラケット４の外周縁部から中心軸線１０１を中心とする円の接線方向に伸延し、ブラケット４の外周縁部から互いに反対方向外側に伸延している。すなわち、軸線１０４は、組付状態において、軸線１０２と平行となるように構成されている。そして、各ジョイント部３０の先端部が球面状の自由端を構成している。ジョイント部３０の球面状の自由端がボール部３１を構成する。
　第１リンク２１及び第２リンク２２の先端部は、その基端部と同様に構成されている。そして、第１リンク２１及び第２リンク２２のソケット２６によって一対のジョイント部３０のボール部３１を挟み込むように、ソケット２６とボール部３１とが嵌め合わせられている。これにより、当該ボール部３１とソケット２６が球面対偶を成し、第１リンク２１及び第２リンク２２がそれぞれブラケット４に対して少なくとも２自由度を持って揺動可能に連結されている。
　このように、基端ジョイント８及び先端ジョイント９は、ボールジョイントに構成されている。そして、第１リンク２１及び第２リンク２２は、基端部が基端側リンク挟着部２０を回動自在に挟むように配置され、且つ先端部がブラケット４に設けられている対応する先端側リンク挟着部２９を回動自在に挟むように配置されている。
　そして、第１リンク２１の先端部と第２リンク２２の先端部との間にも上記同様の付勢ユニット２７が架け渡されている。これにより、リンク２１，２２が先端側リンク挟着部２９を挟む状態を保つように構成され、リンク２１，２２のブラケット４からの脱落を防止している。このように、平行リンクユニット１９は、パラレルリンクに構成されている。
　上記構成によると、ブラケット４は、第１及び第２リンク２１，２２から成る複数組のパラレルリンクを介してベース２に連結される。図２に示すように、ベース２の下部には各アーム１８の基端部をベース２に対して揺動させるアームアクチュエータ１３が設けられている。各アームアクチュエータ１３の動作に応じて各アーム１８が揺動すると、複数組のアーム機構３によって規定される所定の位置にブラケット４が可動範囲内で移動する。このとき、ブラケット４のベース２に対する姿勢が複数組のパラレルリンクで拘束（規定）され、所定の中心軸線１０１と直交する平面方向における姿勢を維持する。
　そして、複数組のアーム機構３によって規定される所定の位置にブラケット４が可動範囲内で移動すると、中心軸線１０１に対する平行リンクユニット１９の傾斜角度が変化する。また、図７及び図８に示すように、第１リンク２１及び第２リンク２２を通る平面上において、第１リンク２１及び第２リンク２２が揺動する。これによって、第１リンク２１及び第２リンク２２を通る平面の法線方向から見て、第１リンク２１及び第２リンク２２の延在方向と直交する方向における、第１リンク２１と第２リンク２２との間隔が変化する。具体的には、第１リンク２１及び第２リンク２２が一対のジョイント部２３及び一対のジョイント部３０と直交する姿勢をとる状態において、第１リンク２１及び第２リンク２２と直交する方向における第１リンク２１と第２リンク２２との間隔Ｄ１は、最大となる。そして、この姿勢から揺動するにしたがって、第１リンク２１及び第２リンク２２と直交する方向における第１リンク２１と第２リンク２２との間隔は狭まる。すなわち、図７及び図８に示す間隔Ｄ２及びＤ３は上記間隔Ｄ１よりも小さくなる。
　図２に示すように、ブラケット４の下面側（ロボットアームの先端部）には、唐揚げＷ１及び焼売Ｗ２を保持するためのエンドエフェクタ８０が取り付けられる。
　本実施形態に係るワークの認識装置は、トレーＴ１及びトレーＴ２（設置スペース）の所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置９０を備える。ここで、設置スペースの所定の範囲内とは、例えば、平面視したトレーＴ１（又はトレーＴ２）を２分割したときのいずれか一方であってもよいし、３分割以上したときのいずれかであってもよいし、又は分割せずに任意に選択された範囲内であってもよい。なお、このように平面視したトレーＴ１（又はトレーＴ２）をいくつかのエリアに分割し、当該エリアごとに上記した処理を繰り返し行ってもよい。また、設置スペースの所定の範囲内は、平面視したトレーＴ１（又はトレーＴ２）の全体であってもよい。
　図２に示すように、ロボット１０のアーム機構３の上端部と同じか又はほぼ同じ高さ位置において、２つのアーム機構３の間に取り付けられる撮像装置９０を備える。撮像装置９０は、ロボット１０に中心軸線１０１から外れて設けられることにより、トレーＴ１内及びトレーＴ２の所定の範囲内を斜め上方から撮像する。また、撮像装置９０は、その内部の２地点からトレーＴ１内及びトレーＴ２内を撮像する。
　本実施軽形態に係る認識装置は、図示しない投光器をさらに備える。当該投光器は、トレーＴ１内及びトレーＴ２内にドットパターンを投光する。当該ドットバターンは青色である。なお、当該投光器は、ロボット１０に直接取り付けて設けられてもよいし、ロボット１０とは別個に設けられてもよい。
　図９は、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのエンドエフェクタを示す斜視図である。本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、ロボット１０の高さ方向に沿って延びる中心軸線１０１上に設けられ、負圧により吸着することで、１つの唐揚げＷ１又は１つの焼売Ｗ２を保持することができる。エンドエフェクタ８０は、ブラケット４の下面側（ロボットアームの先端部）に取り付けられる取付け部８１と、取付け部８１の底面から鉛直方向に延びる３本の軸部材８２と、３本の軸部材８２の下端部に取り付けられる負圧形成部８３と、負圧形成部８３の底面に取り付けられる中空の略円筒状に形成された可撓性を有する保持部８４と、を含む。保持部８４は、前記したように構成されることで、作業対象となるワークが凹凸のある唐揚げＷ１であったとしても、それを覆うように吸着して傷まないように保持することができる。
（制御部１００が行う処理の一例）
　本発明の一実施形態に係るワークの認識装置の制御部１００が実行する処理の一例について、主に図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係るロボットの制御部１００が実行する処理を示すフローチャートである。
　まず、制御部１００は、ベルトコンベアＢにより搬送されて弁当箱Ｌが所定の位置を通過したことをセンサ等により検知すると、撮像装置９０により得られる画像情報を解析することで、複数の唐揚げＷ１がばら積みされたトレーＴ１（設置スペース）の所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する。このようにして第１のステップＳ１が実行される。
　次に、制御部１００は、第１のステップＳ１において検出した最も高いポイントから所定の距離以内において、当該最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する。このようにして第２のステップＳ２が実行される。
　なお、制御部１００は、撮像装置９０により２地点から撮像することで得られる視差を解析することで、トレーＴ１の所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２を実行してもよい。さらに、図示しない投光器によりトレーＴ１の所定の範囲内にドットパターンを照射し、ドットパターンが照射されているトレーＴ１を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２を実行してもよい。
　さらに、制御部１００は、第２のステップＳ２で検出した面積が所定の条件を満たす場合に、最も高いポイントに唐揚げＷ１（ワーク）が存在することを認識する。ここで、所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。このようにして第３のステップＳ３が実行される。
　なお、所定の条件は、前記面積が第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含んでもよい。
　そして、制御部１００は、第３のステップＳ３において、最も高いポイントに唐揚げＷ１が存在することを認識した場合に、３組のアーム機構３（ロボットアーム）によりエンドエフェクタ８０を第１のステップＳ１で検出した最も高いポイント又は最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる。このようにして第４のステップＳ４が実行される。ここで、最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の中で、例えば、その重心となる部分まで移動させてもよい。これにより、唐揚げＷ１（ワーク）を保持し易くなる。
　次に、エンドエフェクタ８０により第１のステップＳ１で検出した最も高いポイントに存在する唐揚げＷ１を保持する。このとき、エンドエフェクタ８０は、負圧により吸着することで唐揚げＷ１を保持してもよい。このようにして第５のステップＳ５が実行される。
　最後に、３組のアーム機構３（ロボットアーム）によりエンドエフェクタ８０及びそれに保持された唐揚げＷ１をトレーＴ１（設置スペース）の所定の範囲内から移動させる。このようにして第６のステップＳ６が実行される。なお、３組のアーム機構３は、取り出した唐揚げＷ１をベルトコンベアＢにより搬送されてくる弁当箱Ｌの所定の位置に載置することで、弁当箱Ｌに盛り付け作業を行う。
　制御部１００は、上記のようにして、複数の唐揚げＷ１がばら積みだれたトレーＴ１から唐揚げＷ１を保持して取り出し、弁当箱Ｌに盛り付ける。
　なお、ロボット１０は、上記のように唐揚げＷ１を盛り付けたあと、トレーＴ２内に載置された複数の焼売Ｗ２から焼売Ｗ２を保持して取り出し、同じ弁当箱Ｌに対して盛り付け作業を行う。ここで、焼売Ｗ２は、トレーＴ１内にばら積みされた唐揚げＷ１と異なり、トレーＴ２内で互いに重ならないように載置されている。しかしながら、焼売Ｗ２ごとに僅かに形状が異なることで、トレーＴ２内においても高さ位置にもばら付きがある。したがって、制御部１００は、トレーＴ１内にばら積みされた唐揚げＷ１を保持して取り出した場合と同様に、トレーＴ２内の高さ位置についても検出し、上記した第１のステップＳ１乃至第６のステップＳ６を実行する。
　また、ロボット１０は、上記した第１のステップＳ１乃至第６のステップＳ６を繰り返し行うことで、ベルトコンベアＢ上を順に搬送されてくる複数の弁当箱Ｌに対して同様の盛り付け作業を行うことができる。そして、トレーＴ１の底板表面の高さ位置と、弁当箱Ｌへの盛り付けを許容される最も小さい唐揚げＷ１の高さ寸法とを予め記憶しておくことにより、その予め記憶しておいたデータに基づいて、トレーＴ１内にばら積みされた唐揚げＷ１が全て無くなった場合にそれを認識して、唐揚げＷ１の取り出し作業を終了してもよい。なお、焼売Ｗ２についても同様であるため、ここではその説明を繰り返さない。
（効果）
　本実施形態に係るワークの認識装置は、唐揚げＷ１がばら積みされたトレーＴ１の所定の範囲内を上方から撮像することにより得られる画像情報を解析することで、トレーＴ１の所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する。そして、当該最も高いポイントから所定の距離以内において所定の条件が満たされていると判定した場合に、当該最も高いポイントに唐揚げＷ１が存在すると認識する。ここで、所定の条件は、最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積が、予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。これにより、本実施形態では、従来のワークの認識装置が一般に行うように、ワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらにこのようなデータとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑な処理を行う必要もない。その結果、本実施形態に係るワークの認識装置は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。
　また、所定の条件が、第２のステップＳ２で検出した面積が第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含むことにより、誤って認識することなく確実にワークを認識することができる。
　そして、本実施形態に係る撮像装置９０は、トレーＴ１（設置スペース）の所定の範囲内を斜め上方から撮像することにより、視野角が広くなるため、広い範囲を撮像することが可能になる。
　さらに、本実施形態では、トレーＴ１内を２地点から撮像することで得られる視差を解析することで、トレーＴ１内の高さ位置を検出することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２が実行される。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置は、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。
　そして、本実施形態では、投光器を用いてドットパターンが照射されているトレーＴ１内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２が実行される。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置は、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。
　また、本実施形態では、投光器が照射するドットパターンが青色である。ここで、青色の光は、波長が短く強い光である。したがって、上記のように青色とすることで、周囲の光に影響を受け難くいドットパターンを照射することが可能となる。また、本実施形態のようにワークが唐揚げＷ１などの食品である場合、ワークが青色であることが極めて稀であるため、ドットパターンとワークが似た色になる可能性を低くすることができる。これにより、ワークに対して鮮明にドットパターンを照射することができるため、画像情報の解析を一層容易に行うことが可能となる。
　さらに、本実施形態では、複数の唐揚げＷ１（ワーク）がばら積みされているトレーＴ１（設置スペース）において上記した処理が行われる。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置を有効に用いることができる。
　そして、本実施形態では、ワークの認識装置の制御部１００がトレーＴ１（設置スペース）の所定の範囲内から唐揚げＷ１（ワーク）を保持して取り出すためのロボット１０をさらに制御する。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置を用いて、トレーＴ１の所定の範囲内において最上部に位置する取り出し易い唐揚げＷ１から順に保持して取り出すことができる。その結果、エンドエフェクタ８０が衝突することで唐揚げＷ１が傷んだり、トレーＴ１から唐揚げＷ１がこぼれ落ちたりしてしまうことを防止することができる。
　本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、負圧により吸着することで唐揚げＷ１を保持する。これにより、ワークを傷めることなく保持することができる。この作用は、本実施形態のように、ワークが傷みやすい唐揚げＷ１などのような場合に特に有効である。
　また、本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、ロボット１０の高さ方向に沿って延びる中心軸線１０１上に設けられ、撮像装置９０は、ロボット１０に中心軸線１０１から外れて設けられることにより、トレーＴ１の所定の範囲内を斜め上方から撮像する。これにより、撮像装置９０は、視野角が広がり、且つエンドエフェクタ８０に妨げられることを抑制することができるため、効率良く広い範囲を撮像することができる。
（変形例）
　上記実施形態では、ワークの認識装置の制御部１００がロボット１０を制御することで、設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出し、上記第４のステップＳ４～第５のステップＳ５を実施する場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、ワークの認識装置の制御部１００は、第１のステップＳ１～第３のステップＳ３のみ行ってもよいし、当該ステップを行ったあとで、それを利用して、最も高い位置に存在するワークに対して任意の加工を行うなどロボット１０が実施するのとは別の処理を行ってもよい。
　上記実施形態では、ワークが所定の形状を有しない食品（唐揚げＷ１及び焼売Ｗ２）である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ワークは所定の形状を有しない岩石であってもよい。なお、本発明に係るワークの認識装置及びワークを認識する方法は、所定の形状を有しないワークに対して作業を行うことで特に有効に用いられるが、所定の形状を有するワーク（例えば、機械の組み立てに用いる部材など）に対しても同様に作業を行うことができる。
　上記実施形態では、エンドエフェクタ８０が負圧により吸着することでワーク（唐揚げＷ１及び焼売Ｗ２）を保持する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、エンドエフェクタ８０は、例えば、針を刺すことでワークを保持してもよいし、両側から拘束するようにして把持（又はチャック）することでワークを保持してもよい。
　上記実施形態では、ロボット１０が、ロボットアームとして、天吊りされた状態の３組のアーム機構３を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ロボット１０は、多関節を有するロボットアームを１つのみ有し、そのロボットアームの先端部にエンドエフェクタ８０が取り付けられるものであってもよい。また、ロボット１０が設置スペースの脇に設置されていてもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
２　ベース
３　アーム機構
４　ブラケット
８　基端ジョイント
９　先端ジョイント
１０　ロボット
１３　アームアクチュエータ
１５　バケット
１５ａ　上縁部
１７　リブ
１８　アーム
１９　平行リンクユニット
２０　基端側リンク挟着部
２１　第１リンク
２１　リンク
２２　第２リンク
２３　ジョイント部
２４　ボール部
２５　凹状部
２６　ソケット
２７　付勢ユニット
２９　先端側リンク挟着部
３０　ジョイント部
３１　ボール部
８０　エンドエフェクタ
８１　取付け部
８２　軸部材
８３　負圧形成部
８４　保持部
９０　撮像装置
１００　制御部
１０１　中心軸線
１０２　軸線
１０４　軸線
１９１　架台
１９１ａ　取付口
１９１ｂ　周縁部
Ｂ　ベルトコンベア
Ｌ　弁当箱
Ｔ１、Ｔ２トレー
Ｗ１　唐揚げ
Ｗ２　焼売

Claims (11)

  1. 　複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識するためのワークの認識装置であって、
    　前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置と、
    　前記撮像装置から得られた画像情報を解析して前記ワークを認識するための制御部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　　前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、
    　　前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、
    　　前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を実行し、
    　前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む、ワークの認識装置。
  2. 　前記所定の条件は、前記面積が前記第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含む、請求項１に記載のワークの認識装置。
  3. 　前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像する、請求項１又は２に記載のワークの認識装置。
  4. 　前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を２地点から撮像し、
    　前記制御部は、前記２地点から撮像することで得られる視差を解析して、前記設置スペースの所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行する、請求項１乃至３のいずれかに記載のワークの認識装置。
  5. 　前記設置スペースの所定の範囲内にドットパターンを照射する投光器をさらに備え、
    　前記撮像装置は、前記ドットパターンが照射されている前記設置スペースの所定の範囲内を撮像し、
    　前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行する、請求項１乃至４のいずれかに記載のワークの認識装置。
  6. 　前記投光器が照射するドットパターンは青色である、請求項５に記載のワークの認識装置。
  7. 　前記複数のワークは、前記設置スペースの所定の範囲内にばら積みされている、請求項１乃至６のいずれかに記載のワークの認識装置。
  8. 　前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出すためのロボットをさらに制御し、
    　前記ロボットは、
    　　ロボットアームと、
    　　前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ワークを保持するためのエンドエフェクタと、を備え、
    　前記制御部は、
    　　前記第３のステップにおいて、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識した場合に、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタを前記最も高いポイント又は前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる第４のステップと、
    　　前記エンドエフェクタにより前記最も高いポイントに存在するワークを保持する第５のステップと、
    　　前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタ及びそれに保持されたワークを前記設置スペースの所定の範囲内から移動させる第６のステップと、
    　をさらに実行する、請求項１乃至７のいずれかに記載のワークの認識装置。
  9. 　前記エンドエフェクタは、負圧により吸着することで前記ワークを保持する、請求項８に記載のワークの認識装置。
  10. 　前記エンドエフェクタは、前記ロボットの高さ方向に沿って延びる中心軸線上に設けられ、前記撮像装置は、前記ロボットに前記中心軸線から外れて設けられることにより、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像する、請求項８又は９に記載のワークの認識装置。
  11. 　複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識する方法であって、
    　前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して得られる画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、
    　　前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、
    　前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を備え、
    　前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む、ワークを認識する方法。
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